一種藍寶石激光挖槽裝置及其挖槽方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光加工技術領域，更具體的說，特別涉及一種藍寶石激光挖槽裝置及其挖槽方法。
【背景技術】
[0002]藍寶石具有耐劃傷，擦傷，耐腐蝕的特點，與其它玻璃相比的優點早已被很多人了解但是由于材料本身的價格以及其加工上的難度，使得它一直以來難以被廣泛使用，目前藍寶石的材料成本以及逐步下降，并且激光微加工領域的技術也有了飛快的發展，對藍寶石的切割，打孔，挖槽等具有很大的市場應用前景。目前，主要通過金剛石涂層線(diamondcoated wire)加工藍寶石，由于金剛石成本較高，并且這樣的加工方式是接觸式加工，金剛石涂層線使用到一定程度后容易損壞，造成藍寶石加工成本增大。用金剛石涂層線加工藍寶石還有一個顯著的缺點是加工效率低，加工效果差，容易造成加工不良。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于針對現有技術存在的技術問題，提供一種藍寶石激光挖槽裝置及其挖槽方法，可以解決填充掃描方式所帶來的跳轉問題以及連接處加工不良的問題。
[0004]為了解決以上提出的問題，本發明采用的技術方案為:
[0005]一種藍寶石激光挖槽裝置，該挖槽裝置包括激光器、反射鏡、擴束鏡、振鏡、聚焦鏡、平臺和計算機，將待加工藍寶石樣品設置于平臺上，反射鏡、擴束鏡、振鏡和聚焦鏡由上至下依次設置在待加工藍寶石樣品的上方，反射鏡、擴束鏡、振鏡、聚焦鏡和待加工藍寶石樣品的中心位于同一直線上，激光器位于反射鏡的一側，計算機與振鏡相連。
[0006]所述激光器的激光波長范圍是355nm?1064nm，包含紫外、綠光和紅外激光器。
[0007]所述激光器發出激光的偏振態為線偏振，偏振比大于100:1。
[0008]所述激光器的脈沖寬度范圍是10飛秒?500皮秒，單點能量的范圍是luj?10m J0
[0009]一種藍寶石激光挖槽裝置的挖槽方法，所述計算機包括建型模塊、計算模塊、測試模塊、生成模塊和掃描模塊；
[0010]該挖槽方法步驟如下:
[0011]步驟S1:根據待加工藍寶石樣品上挖槽的形狀和大小，通過建型模塊建立挖槽的模型；
[0012]步驟S2:通過計算模塊計算加工挖槽所需要的層數n，其中D為挖槽的總深度，d為每層加工的厚度，具體公式如下:
[0013]n = D/d ；
[0014]步驟S3:通過測試模塊測試出激光去除每層藍寶石效率，即得到加工每層藍寶石挖槽所需的時間t，則能得到加工藍寶石挖槽所需的總時間T，具體公式如下:
[0015]T = η氺t ；
[0016]步驟S4:根據步驟二得到的層數η對挖槽模型進行分層，生成模塊通過矢量線來模擬掃描軌跡，通過掃描模塊將模擬得到的每層掃描軌跡通過圖形處理生成一條螺旋線；
[0017]步驟S5:根據加工藍寶石挖槽所需的總時間Τ，打開挖槽裝置中的激光器，激光光束根據步驟四生成的螺旋線，并按照每層的掃描軌跡，從藍寶石表面逐層向內部掃描得到所述挖槽。
[0018]所述藍寶石挖槽的總深度D范圍是50?lOOOum，每層加工的厚度d范圍是5?50umo
[0019]所述待加工藍寶石樣品的厚度范圍是100?2000um。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0021]1、本發明的挖槽裝置采用激光器發射激光光束，并經過反射鏡、擴束鏡、振鏡和聚焦鏡后聚焦在待加工藍寶石樣品上進行激光加工，整個裝置結構簡單，且加工速度快、效率聞。
[0022]2、本發明在激光掃描的軌跡上使用連續的線掃描方式，以解決填充掃描方式所帶來的跳轉問題以及連接處加工不良的問題，挖槽的斷面形貌的生成機理是將挖槽模型分切成若干層，通過矢量線來模擬掃描軌跡，每層的掃描范圍可以漸變，并且將每層的掃描軌跡通過圖形處理生成一條連續的螺旋線，此外，所需切分的層數可以根據挖槽的厚度以及激光加工每層的厚度得到，這種掃描方式具有效率高，加工效果均勻，崩邊量小，掃描圖形處理方便的特點。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的藍寶石激光挖槽裝置示意圖。
[0024]圖2為本發明的藍寶石挖槽上每層掃描方式示意圖。
[0025]圖3為本發明的藍寶石挖槽橫截面示意圖
[0026]圖4為本發明的藍寶石激光挖槽方法的流程圖。
[0027]附圖標記說明:1_激光器、2-反射鏡、3-擴束鏡、4-振鏡、5-聚焦鏡、6_待加工藍寶石樣品、7-平臺、8-計算機、61-激光掃描區域、62-激光開始掃描位置、63-激光結束掃描位置
【具體實施方式】
[0028]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0029]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。
[0030]參閱圖1所示，本發明提供的一種藍寶石激光挖槽裝置，該挖槽裝置包括激光器
1、反射鏡2、擴束鏡3、振鏡4、聚焦鏡5、平臺7和計算機8，將待加工藍寶石樣品6設置于平臺7上，反射鏡2、擴束鏡3、振鏡4和聚焦鏡5由上至下依次設置在待加工藍寶石樣品6的上方，反射鏡2、擴束鏡3、振鏡4、聚焦鏡5和待加工藍寶石樣品6的中心位于同一直線上，激光器1位于反射鏡2的一側,計算機8與振鏡4相連,用于控制振鏡系統。
[0031]上述挖槽裝置的工作原理闡述如下:
[0032]由激光器1發射出激光光束，激光光束經過反射鏡2反射后，進入擴束鏡3以減小其發散角度，之后激光進入由振鏡4和聚焦鏡5組成的掃描系統，最后垂直射向平臺7上的待加工藍寶石樣品6，實現激光光束對藍寶石進行激光挖槽加工，并通過計算機8來控制激光掃描的軌跡。
[0033]上述中，激光器1的激光波長范圍是355nm?1064nm，包含紫外、綠光和紅外激光器等，且發出激光的偏振態為線偏振，偏振比大于100:1 ;此外，激光器1的脈沖寬度范圍是10飛秒?500皮秒，單點能量的范圍是luj?10mJ，可以滿足實際需要且適用范圍廣。
[0034]上述中，計算機8包括建型模塊、計算模塊、測試模塊、生成模塊和掃描模塊。
[0035]本發明中，待加工藍寶石樣品6上加工的挖槽為一條閉合的挖槽，凹槽加工效果良好，無崩邊，斷面光滑。從橫截面來看，待加工藍寶石樣品6的挖槽靠近表面的部分最寬，隨著深度加深，挖槽的寬度逐漸變窄，無明顯